黃土隧道施工橫導洞進入正洞施工方法的選取

時海銘

摘要：黃延高速公路擴能工程計劃通車時間比合同工期提前6個月，按照黃延高速通車節(jié)點安排，劉家塬隧道左、右線各新增施工橫導洞一處，加快劉家塬隧道施工進度，確保黃延高速按時通車。本文根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)情況分析，從安全方面考慮，選取合理的橫導洞進入正洞施工方案。事實證明橫導洞進入正洞施工方法由挑頂施工改為拐彎擴挖施工，既保證了劉家塬隧道施工進度，又確保了隧道施工安全，并為項目部帶來了一定的經(jīng)濟效益，為今后類似黃土隧道施工提供參考。

Abstract： The opening schedule of the Huangyan Expressway expansion project is 6 months ahead of the contract period. According to the arrangement of the Huangyan Expressway， a new construction transverse tunnel of the left and right lines of the Liujiayuan Tunnel will be added to speed up the construction of the Liujiayuan Tunnel and ensure that Huangyan Expressway is open to traffic on time. Based on the analysis of on-site hydrogeological conditions， this paper selects a reasonable Liujiayuan for transverse tunnel to enter the positive tunnel from the perspective of safety. It turns out that the construction method of the transverse tunnel into the positive tunnel has been changed from the ripping construction to the turning and expansion， which not only ensures the construction progress of the Liujiayuan tunnel， but also ensures the safety of the tunnel construction， brings certain economic benefits to the project department， and provide reference for the construction of similar loess tunnels in the future.

關(guān)鍵詞：橫導洞;正洞;挑頂施工;拐彎擴挖

Key words： transverse tunnel;positive hole;ripping construction;turning and excavation

中圖分類號：U455.49 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0124-03

1 ?工程概況

劉家塬隧道起點位于富縣四合村北，穿越劉家塬，終點位于富縣畔上村南，設計為曲線形雙向六車道分離式隧道，其中左線施工里程ZK63+422～ZK65+015，共1593m;右線施工里程YK62+774～YK64+070，共1296m，合計共2889m。左線隧道進口位于半徑R-2200的圓曲線上，出口位于半徑R-1180.513的圓曲線上;右線隧道進口位于R-2192.155的圓曲線上，出口位于直線上。隧道左右洞間距約為170m;左線最大埋深約115m，右線最大埋深約124m。左線隧道位于為2.8/20、-1.361/1535的人字坡上，右線隧道位于為1.907/50、2.0/1220、-2.535/35的人字坡上。劉家塬隧道屬黃土隧道，開挖后拱頂部位易掉塊，最大開挖斷面為177.1m2。采用復合式襯砌結(jié)構(gòu)，其初期支護采用噴錨、鋼筋網(wǎng)及鋼架聯(lián)合支護形式，設計噴砼厚度31cm，鋼架為I25a的型鋼鋼架，鋼架間距75cm。其超前支護形式設計采用？準50×4小導管，每根長5.0m，環(huán)向間距40cm，每環(huán)43根，縱向每3.75m一環(huán)。隧道內(nèi)襯砌輪廓線寬15.53m，高8.02m，設計時速100km/h，建筑限界凈寬14.5m，凈高5m。

劉家塬隧道YK63+380處施工橫導洞的長度為96m，與正洞交角67度，橫導洞進口高程1160.4m，與主洞交接處高程1154.15，縱坡-6.64%，圍巖級別為Ⅴ級，導洞建筑限界系數(shù)指標為7×5m。

2 ?地質(zhì)構(gòu)造

隧道進出口段洞室頂埋深約0-34m，洞室圍巖主要為上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土呈硬塑狀;洞室埋藏較淺，易出現(xiàn)地表下沉，圍巖穩(wěn)定性差，開挖后拱部無支護可產(chǎn)生較大的坍塌，側(cè)壁有時失穩(wěn)，地下水貧乏，開挖過程中會有滴水現(xiàn)象。其它段洞室頂埋深約0-114m，洞室圍巖為中更新統(tǒng)離石黃土，中更新統(tǒng)離石黃土呈硬塑狀，結(jié)構(gòu)致密，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，夾谷土壤呈，呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)。巖土體波速Vp=1.1～1.3km/s，圍巖穩(wěn)定性差，洞室開挖洞頂極易坍塌，處理不當會出現(xiàn)大的坍塌，側(cè)壁經(jīng)常出現(xiàn)小坍塌。開挖過程中可出現(xiàn)滴水、滲水現(xiàn)象。

3 ?現(xiàn)場施工情況

黃土隧道正洞與橫導洞交叉口處圍巖空間三維受力復雜，尤其正洞橫向挑頂開挖支護難度相當大，工作面小，質(zhì)量安全隱患多，開挖支護不當圍巖很容易下沉變形，甚至塌方發(fā)生安全質(zhì)量事故。設計單位未對施工橫導洞進入正洞施工方法進行補充設計，項目部在編制施工橫導洞施工專項方案時，制定了挑頂施工，并對交叉口進行加強支護。其施工順序如圖1交叉口段橫導洞進正洞挑頂開挖順序示意圖所示。

施工橫導洞施工至設計與正洞交叉處，此時掌子面圍巖含水量達到28%，掌子面有大量水滲出，并出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，若繼續(xù)按照原方案挑頂施工，存在安全隱患。

4 ?施工方法選取

4.1 確定施工方法

由于劉家塬隧道右線施工橫導洞與正洞交叉口段地質(zhì)圍巖情況較差，同時交叉口段二次襯砌施做時間相對較晚，又是施工要道，因此交叉口段支護的穩(wěn)定相當重要。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，項目部要求施工班組停止開挖，并對橫導洞掌子面噴錨封閉，并邀請建設、設計和監(jiān)理單位進行現(xiàn)場勘察，勘察后在項目部會議室召開專題會議，討論施工橫導洞進入正洞施工方案，會議決定由挑頂施工改為拐彎擴挖法施工，并確定按照圖2劉家塬隧道右線施工橫導洞拐彎擴挖段示意圖進行施工。

會后項目部內(nèi)部再次召開會議，對劉家塬隧道右線施工橫導洞進入正洞拐彎擴挖段進行優(yōu)化，拐彎段向前延伸至正洞右側(cè)輪廓線，擴挖段由15m變?yōu)?0m，擴挖段右邊墻初支鋼架設置在正洞設計初支鋼架的位置，擴挖段右邊墻初期支護由臨時支護轉(zhuǎn)換為正洞右側(cè)永久支護，減少了后期施工拆除量，同時節(jié)約施工成本，也可確保施工安全。設計施工平面圖如圖3 劉家塬隧道右線施工橫導洞拐彎擴挖段優(yōu)化示意圖所示。優(yōu)化后的拐彎擴挖施工方案上報監(jiān)理、建設和計單位審核，同意按照優(yōu)化方案施工。

4.2 拐彎擴挖施工方法

4.2.1 拐彎段施工

橫導洞施工至與正洞交叉口位置，局部加強橫洞與主洞交界處的初期支護， 掘進方向以橫導洞設計斷面向劉家塬隧道右線大里程方向以圓曲線形式逐步轉(zhuǎn)向進入正洞。橫洞轉(zhuǎn)向中心弧長23.92m，轉(zhuǎn)彎半徑26.02m，轉(zhuǎn)向角度為66°259”，如圖3所示。轉(zhuǎn)向過程中導洞按照施工橫導洞V級襯砌鋼拱架設計圖進行施工，導洞洞身采用I20b鋼拱架結(jié)合單層？準8鋼筋網(wǎng)噴射C20混凝土加強支護，鋼架縱向間距60cm，相鄰鋼架采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1m，并在鋼拱架內(nèi)、外緣交錯布置，鋼架采用長3.5mΦ22早強砂漿錨桿定位，各單元間由螺栓連接。轉(zhuǎn)向后施工至主洞YK63+405處，此時導洞右側(cè)開挖線與正洞右側(cè)開挖線相重合，如圖4所示。

4.2.2 擴挖段施工

拐彎段段落內(nèi)的初期支護結(jié)束后，在YK63+405-YK63+435段進行擴挖段施工，采取加高、加寬的形式向正洞設計輪廓線擴挖，擴挖段以五米為一個循環(huán)，共計六個循環(huán)，每循環(huán)開挖斷面以喇叭口形式逐漸增大，最后一個循環(huán)結(jié)束后擴挖至與正洞斷面相同，然后，按照正洞斷面繼續(xù)向前掘進。在擴挖段采用上下臺階預留核心土法組織施工，臨時支護采用 I25a型鋼支撐，縱向間距0.6m，頂部采用Φ50×4mm超前小導管支護，縱向間距3.6m，環(huán)向間距0.5m，每根長5m，小導管縱向搭接長度為1.35m。擴挖段系統(tǒng)支護為混凝土厚31cm，8×200×200mm 雙層鋼筋網(wǎng)，22mm 砂漿錨桿，環(huán)向間距1m，縱向間距0.6m，梅花形布置，每根長5m。施工過程中，采取“短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。擴挖段掌子面掘進的同時，施做臨時仰拱，掌子面與仰拱安全步距按照正洞標準執(zhí)行，不得超標，確保隧道結(jié)構(gòu)安全。

4.2.3 拐彎擴挖段拆除

當施工橫導洞正洞工作面與隧道出口工作面貫通后，再調(diào)頭使用破碎錘拆除正洞內(nèi)拐彎擴挖段初期支護，并及時跟近施做正洞初期支護。正洞初期支護采用I25a型鋼，拱架間距0.75m，噴射混凝土為C20，砼厚度為31cm，系統(tǒng)錨桿為Ф22的砂漿錨桿，間距1.0×0.6m（環(huán)×縱）;鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格間距為20×20cm，雙層布設，超前小導管支護。如圖5所示。

4.2.4 橫導洞與正洞交叉處施工

①劉家塬隧道取消了車行橫洞，利用施工橫導洞作為連接左右線的車行橫洞，根據(jù)導洞與正洞設計相交角度及復合式襯砌參數(shù)，設計單位對橫導洞與正洞交叉位置初期支護進行加強設計，正洞與橫導洞交叉處以及大小里程方向各5m范圍內(nèi)采用I25a型鋼支撐，縱向間距0.5m，噴射混凝土為C20，砼厚度為31cm，系統(tǒng)錨桿為Ф22的砂漿錨桿，間距1.0×0.5m（環(huán)×縱），確保下步正洞跨越導洞提供支護保障，如圖6橫導洞與正洞交叉口初期支護設計圖所示。

②為解決交叉口段正洞上斷面拱架落腳位置及牢固性，在導洞襯期支護加強環(huán)鋼架拱頂上沿正洞方向設置縱向水平托梁，托梁采用I25a型鋼，兩端聯(lián)接I25a型鋼立柱支撐至主洞墻底。為防基底承載力不夠?qū)е轮ёo下沉，先夯實基底，立柱底部加墊30a槽鋼縱梁。型鋼托梁頂面按間距0.6m焊接35*20*1.6cm厚鋼板，以解決交叉口段主洞設計拱部鋼架左側(cè)落腳問題，如圖7斜井交叉口托梁、支撐安裝正面圖所示。

4.2.5 監(jiān)控量測

開挖支護中必須加大拱頂下沉及圍巖位移收斂觀測頻率，每天不少于6次，根據(jù)量測結(jié)果及時反饋支護信息，確保支護措施安全合理，一旦發(fā)現(xiàn)變形過大或其它異常情況，立即暫停開挖施工，采取應急加固措施，并上報處理。

5 ?取得成效

劉家塬隧道右線施工橫導洞采用拐彎擴挖段法施工進入正洞，相比挑頂施工進入正洞施工時間較快，比原計劃提前10天。為確保正洞施工進度，暫時避開了黃土隧道正洞與橫導洞交叉口處圍巖空間三維受力，提高了安全系數(shù)，確保了施工安全。此次施工中所有新增工程數(shù)量，設計單位列入修編圖紙，建設單位按照0#清單進行計量支付，為項目新增造價200萬，收益30萬。但是，由于設計單位取消了劉家塬隧道車行橫洞，利用施工橫導洞作為連接左右線的車行橫洞，主洞施工至此處時需重新施做門架，施工時間較長，安全風險較高。

6 ?結(jié)論

結(jié)合劉家塬隧道右線施工橫導洞的施工特點，對其采取拐彎擴挖轉(zhuǎn)入正洞的專項施工方案，為了有效地確保橫洞安全轉(zhuǎn)入正洞施工，提出切實可行的施工技術(shù)措施，從實踐結(jié)果來看，如若劉家塬隧道右線橫導洞僅作為施工導洞，后期不利用為車行橫洞，施工橫導洞進入正洞所采取的施工方案可有效地保證工程施工的安全性，并且滿足施工進度要求，同時為項目帶來了變更收益，為今后類似黃土隧道施工提供了參考。

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